苯-甲苯分离过程浮阀板式精馏塔设计

烟台大学化学化工学院课程设计说明书设计题目：苯-甲苯分离过程浮阀板式精馏塔设计学号：200821504119学生姓名：鲁家刚专业班级：化学工程与工艺一班（化081-1）指导教师：孙烈刚总评成绩：2011年7月4日烟台大学化学化工学院课程设计说明书2课程设计任务书一、设计题目苯-甲苯分离过程浮阀板精馏塔设计二、设计任务1.原料名称:苯-甲苯二元均相混合物；2.原料组成：含苯38%（质量百分比）；3.产品要求：塔顶产品中苯含量不低于99%，塔釜中苯含量小于1%；4.生产能力：年产量3万吨/年；5.设备形式：浮阀塔；6.生产时间：300天/年，每天24h运行；7.进料状况：泡点进料；8.操作压力：常压；9.加热蒸汽压力：270.18kPa10.冷却水温度：进口35℃，出口45℃；三、设计内容1.设计方案的选定及流程说明2.精馏塔的物料衡算3.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算（加热物料进出口温度、密度、粘度）4.塔板数的确定5.精馏塔塔体工艺尺寸的计算6.塔板主要工艺尺寸的计算烟台大学化学化工学院课程设计说明书37.塔板的流体力学验算8.塔板负荷性能图9.换热器设计10.馏塔接管尺寸计算11.绘制生产工艺流程图（带控制点、机绘，A2图纸）12.绘制板式精馏塔的总装置图（包括部分构件，A1图纸）13.撰写课程设计说明书一份四、设计要求1.工艺设计说明书一份2.工艺流程图一张，主要设备总装配图一张（采用AutoCAD绘制）五、设计完成时间2011年6月27日～2011年7月15日烟台大学化学化工学院课程设计说明书4目录概述................................................................5第一章塔板的工艺设计...............................................7第一节精馏塔全塔物料衡算.........................................7第二节基本数据...................................................7第三节实际塔板数计算............................................13第四节塔径的初步计算............................................14第五节溢流装置..................................................15第六节塔板布置及浮阀数目与排列..................................16第二章塔板的流体力学计算..........................................18第一节气体通过浮阀塔的压降......................................18第二节液泛......................................................19第三节雾沫夹带..................................................20第四节塔的负荷性能图............................................20第三章塔附件设计..................................................24第一节接管......................................................24第二节筒体与封头................................................26第三节塔的总体高度..............................................27第四章附属设备设计................................................28第一节原料预热器................................................28第二节塔顶冷凝器................................................29第三节再沸器....................................................30第四节泵的计算与选型............................................30自我评价...........................................................32参考文献...........................................................33烟台大学化学化工学院课程设计说明书5概述本设计任务为分离苯-甲苯混合物。对于该二元均相混合物的分离，应采用连续精馏过程。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的1.2～2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。本设计的目的是分离苯～甲苯二元均相混合物，选用板式浮阀塔。工艺流程确定及说明1.塔板类型精馏塔的塔板类型有三种：泡罩塔板，筛孔塔板，浮阀塔板。浮阀塔板具有结构简单，制造方便，造价低等优点，且开孔率大，生产能力大，操作弹性大，汽液接触时间长，因此塔板效率高。本设计采用板式浮阀塔2.加料方式本精馏塔加料选择泵直接加料，结构简单，安装方便，而且可以引入自动控制系统来实时调节流量及流速。3.进料状况本精馏塔选择泡点进料。4.塔顶冷凝方式苯与甲苯不反应，且容易冷凝，故本精馏塔塔顶选择全凝器，用水冷凝。5.回流方式本设计处理量大，所需塔板数多，塔较高，回流冷凝器不适宜塔顶安装，故采用强制回流。烟台大学化学化工学院课程设计说明书66.进料状况加热方式可分为：直接蒸汽加热和间接蒸汽加热。直接蒸汽加热在一定的回流比条件下，塔底蒸汽对回流液有一定的稀释作用，从而使理论板数增加，设备费用上升，所以本设计采用间接蒸汽加热（135℃）。7.操作压力苯-甲苯在常压下相对挥发度较大，因此在常压下也比较容易分离，故本设计采用常压精馏。烟台大学化学化工学院课程设计说明书7第一章塔板的工艺设计第一节精馏塔全塔物料衡算1.原料液级塔顶、塔底产品的摩尔分率已知苯的摩尔质量KmolKgMA/11.78甲苯的摩尔质量KmolKgMB/13.92原料液组成XF(摩尔分数，下同)4196.013.92/62.011.78/38.011.78/38.0FX塔顶组成9915.013.92/01.011.78/99.011.78/99.0DX塔底组成0118.013.92/99.011.78/01.011.78/01.0WX2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量KmolKgMF/24.8613.92)4196.01(11.784196.00.991578.11(10.9915)92.1378.22/DMKgKmol0.011878.11(10.0118)92.1391.96/WMKgKmol3.物料衡算一年以300天，一天以24小时计，计算可得塔顶产品流率：D3100001000/3002453.27kmol/h＝（78.22）＝全塔物料衡算：53.27FW0.419653.270.99150.0118FW解的F＝127.98kmol/hW＝74.71kmol/h第二节基本数据1.各种定性温度由下表中的数据，采用内插法计算一下温度(液相温度)t94.0992.6994.09=454041.9640F得Ft93.54℃t80.0180.2180.01=9910099.15100D得Dt80.18℃t108.79109.91108.79=131.183W得Wt109.81℃烟台大学化学化工学院课程设计说明书8精馏段的平均温度为：12FDttt=86.86℃提馏段的平均温度为：22FWttt=101.68℃精馏段：1t=86.86℃由表1内差法可得1x=68.47%1y=84.72%精馏段液相平均摩尔质量：10.684778.11(10.6847)92.13LM=82.53kg/kmol精馏段气相平均摩尔质量：10.847278.11(10.8472)92.13VM=80.25kg/kmol提馏段：2t=101.68℃由表1内差法可得2x=21.41%2y=39.17%提馏段液相平均摩尔质量：20.214178.11(10.2141)92.13LM=89.13kg/kmol提馏段气相平均摩尔质量：20.391778.11(10.3917)92.13VM=86.64kg/kmol表1苯-甲苯汽液平衡数据2.密度烟台大学化学化工学院课程设计说明书9表2不同温度苯-甲苯的密度对于混合液体的密度：ABLBB1aa（其中aA为质量分率）对于混合气体的密度：0022.4VTpMTp（其中M为平均摩尔质量）①精馏段：1t=86.86℃由表2内差法可得3807.39Kg.m苯3803.28Kg.m甲苯11178.11a78.1192.13(1)Axxx=0.648a1aBA=0.352由ABLBB1aa计算得L=805.943Kg.m由0022.4VTpMTp计算得V=2.723Kg.m②提馏段：2t=101.68℃由表2内差法可得3790.45Kg.m苯3788.62Kg.m甲苯22278.11a78.1192.13(1)Axxx=0.1876a1aBA=0.8124由ABLBB1aa计算得L=788.963Kg.m由0022.4VTpMTp计算得V=2.823Kg.m烟台大学化学化工学院课程设计说明书103.粘度表3不同温度苯-甲苯的密度由内差法分别求得精馏段与提馏段平均温度下苯和甲苯的粘度①精馏段：1t=86.86℃计算得苯=0.288mPa·s甲苯=0.294mPa·s则精馏段平均粘度为：11=x1苯甲苯1-x=0.290mPa·s②提馏段：2t=101.68℃计算得苯=0.251mPa·s甲苯=0.262mPa·s则提馏段平均粘度为：222=x苯甲苯1-x=0.260mPa·s4.表面张力表4不同温度苯-甲苯的表面张力液相平均表面张力依下式计算，即：niiiLmx1①精馏段：1t=86.86℃由内差法计算得苯=20.85mN/m甲苯=20.94mN/m精馏段平均表面张力为：20.850.684720.9410.6847Lm=20.88mN/m烟台大学化学化工学院课程设计说明书11②提馏段：2t=101.68℃由内差法计算得苯=18.65mN/m甲苯=19.68mN/m提馏段平均表面张力为：18.650.214119.6810.2141Lm=19.46mN/m5.相对挥发度查相关化工手册可得苯的安托因常数为：A=6.0355B=1211.033C=220.79甲苯的安托因常数为：A=6.07954B=1344.8C=219.482①精馏段1t=86.86℃（A代表苯，B代表甲苯，下同）1211.033lg6.03552.09986.86220.79AP125.6APKPa1344.8lg6.079541.69086.86219.482BP48.98BPKPa则1125